JP2011053516A - 光ケーブルの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集合コアの温度とシース被覆成形時の樹脂温度を最適に制御することにより、ケーブル解体性を安定化させる。
【解決手段】光ケーブルの製造において、溝付きスロットの溝内に光ファイバ心線を収納し、スロットの外周に粗巻き紐を巻き、その外周に上巻テープを開き巻きで巻いた集合コア１０に対して、押出機１３によりシースを押し出し成形で被覆する。ここで加熱装置１２は、シースの押し出し時の樹脂温度に基づいて算出される所定の温度で集合コア１０を予熱したのち、シースを被覆する。
【選択図】図４

Description

本発明は、溝付スロットの溝内に多数本の光ファイバ心線を収納し、スロットの外周に粗巻き紐、上巻テープ、及びシースを施してなる光ケーブルの製造方法および製造装置に関する。

近年、情報通信におけるブロードバンドの需要が急速に伸びており、それに応じて光ケーブルの布設工事件数も増大している。そして、光ケーブルによる通信回線を迅速に開通させることが工事業者にも求められており、工事の際に安全に且つ、迅速に解体できる光ケーブルが要求されている。このような要求に応えるために、解体性にすぐれた構造を持つ解体容易型の光ケーブルが知られている。

図１は、解体容易型の光ケーブルの構成例を示す図である。解体容易型の光ケーブル１は、光ファイバ心線４を溝２ａに収納したスロット２の周囲に、ポリエチレン等からなる熱可塑性樹脂による粗巻き紐５を巻き、さらに不織布や吸水テープなどの上巻テープ６を巻き、その周囲をシース（外被）７により被覆した構造を有している。上巻テープ６は、粗巻き紐５を巻いたスロット２に対して開き巻きにて巻回される。開き巻きでは、上巻テープ６は、互いに重ならないように一定の間隔を開けながら均等なピッチで巻回される。光ファイバ心線４を収納したスロット２に粗巻き紐５と上巻テープ６を巻いた状態のものを集合コアという。

集合コアは、開き巻きにより巻回された上巻テープ６の間でスロット２と粗巻き紐５とが露出している。このような集合コアに対してシース７を被覆成形すると、溶融したシース７の樹脂材料の熱により粗巻き紐５とシース７とが融着する。そして、光ケーブル１を解体するときにシース７を剥ぎ取ると、シース７と融着した部分の粗巻き紐５がシース７に伴って引っ張られ、粗巻き紐５が切断されることになる。そして集合コアから上巻テープ６を剥ぎ取る場合にも、粗巻き紐５が切断されているので確実に粗巻き紐５を除去することができ、粗巻き紐５と上巻テープ６との除去が容易となる。これにより解体性に優れた光ケーブルが得られる。

シース７と粗巻き紐５は、シース７の押出成形時の熱によって融着しているが、その融着強度については、押出成形時のシース７の樹脂温度により変化する。シース７の樹脂温度が低すぎると、シース７と粗巻き紐５が十分に融着せず、光ケーブルの解体が困難になり、一方樹脂温度が高すぎると、シース７と粗巻き紐５との融着が強すぎて、シース７を剥ぎとることができなくなってしまう。

例えば、特許文献１では、ＬＡＰテープ（アルミニウムと合成樹脂のラミネートテープ）を用いたシースケーブルにおいて、ケーブルコアの上にＬＡＰテープを縦添えした後シースを被覆する際に、ＬＡＰテープの重なり部に熱風を吹き付けて加熱し、冷却することで、シースとＬＡＰテープとの接着力の低下等を防ぐようにしている。
また、特許文献２では、光ファイバケーブルの伝搬特性の温度依存性を改良するために、スペーサの溝内に光ファイバ心線を収容した集合体を６０℃以上、１５０℃以下で高温処理し、その後外被を被覆することで、光ファイバ心線に余長を持たせた状態でスペーサの溝に収容させるようにしている。

特開平１−１９７９１９号公報 特開平２−４８６０９号公報

上記のように、解体容易型の光ケーブルにおいては、シース７と粗巻き紐５との融着強度を最適なレベルに保つ必要があるが、季節要因等の環境温度の変化により、集合コアの温度が変動してしまう。このような集合コアの温度の変動は、シース７と粗巻き紐５との融着強度の変動につながる。この場合、集合コアの温度の変動を避けてシース７と粗巻き紐５との融着強度を一定のレベルに維持するために、環境温度の変化に合わせて押出成形時のシース７の樹脂温度を調整せざるを得ない。更に、光ケーブルの解体性の良否は、光ケーブルの製造後に破壊検査により確認するしかなく、不良品となった場合の損失が多大となる。従って、光ケーブルの製造条件の標準化による品質保証が重要となる。

特許文献１のように、ＬＡＰテープ（上巻テープに相当）のような光ケーブルの部材の温度を制御したり、特許文献２のように、集合体をシース被覆前に高温で処理しただけでは、光ケーブルの解体性を安定化させることは困難である。また、予熱する温度自体も、例えば、光ファイバに伸び歪みを与える程度の温度で不十分である。解体性を考慮して集合コアとシースとの融着強度を制御する場合には、集合コアの全体を暖める必要があり、特許文献２に記載された程度の温度で集合コアを予熱したとしても、融着強度を制御できる程度に集合コアが暖まらず、解体性を安定化させることはできない。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、集合コアの温度とシース被覆成形時の樹脂温度とを最適に制御することにより、ケーブル解体性を安定化させるようにした光ケーブルの製造方法及び製造装置の提供を目的とする。

本発明によれば、集合コアの温度とシースの被覆成形時の樹脂温度を最適に制御することにより、ケーブル解体性を安定化させることができる。

本発明による光ケーブルの製造方法は、溝付きスロットの溝内に光ファイバ心線を収納し、スロットの外周に粗巻き紐を巻き、その外周に上巻テープを開き巻きで巻いた集合コアに、シースを押し出し成形で被覆する光ケーブルの製造方法で、シースの押し出し時の樹脂温度に基づいて算出される所定の温度で集合コアを予熱したのち、シースを被覆することを特徴とする。
この場合、予熱された集合コアの温度をＴｓ（℃）、シースの押し出し時の樹脂温度をＴｃ（℃）、スロットの比熱をα（Ｊ／ｋｇ・℃）、シースの比熱をβ（Ｊ／ｋｇ・℃）、γを定数４６０８５０Ｊ／ｋｇとしたときのＴｅ（Ｊ／ｋｇ）＝α×Ｔｓ＋β×Ｔｃ＋γの値が、１７０００≦Ｔｅ≦６００００となるように、集合コアの予熱温度とシースの押し出し時の樹脂温度とを制御する。

また、本発明による光ケーブルの製造装置は、溝付きスロットの溝内に光ファイバ心線を収納し、スロットの外周に粗巻き紐を巻き、その外周に上巻テープを開き巻きで巻いた集合コアに、シースを押し出し成形で被覆する光ケーブルの製造装置で、シースの押し出し時の樹脂温度に基づいて算出される所定の温度で予熱する加熱装置と、予熱された集合コアにシースを被覆する押し出し機を備えたことを特徴とする。
上記の加熱装置は、集合コアの温度を測定する温度センサと、測定した温度をもとに加熱装置の温度を制御する制御機構とを備えている。

本発明に適用可能な解体容易型の光ケーブルの構成例を示す図である。 本発明に適用可能な解体容易型の光ケーブルの他の構成例を示す図である。 本発明に適用可能な解体容易型の光ケーブルの更に他の構成例を示す図である。 本発明による光ケーブルのシース被覆工程における製造装置の一例を説明する図である。 本発明による光ケーブルのシース被覆工程における製造装置の他の例を説明する図である。 本発明による光ケーブルのシース被覆工程における製造装置の他の例を説明する図である。 本発明により集合コアの温度とシースの樹脂温度とを変化させて解体容易性を判定した結果を示す図である。

本発明の光ケーブルの製造方法により製造される解体容易型の光ケーブルは、上述の図１に示したような構成をもっている。また、本発明により製造される光ケーブルの他の構成例を図２及び図３に示す。
光ケーブル１は、中心にテンションメンバ（抗張力体とも言う）３を埋設一体化し、複数の溝２ａを設けたプラスチック材からなるスロット（スペーサとも言う）２により構成される。スロット２の溝２ａは、一定の周期で反転するＳＺ状に形成され、溝２ａ内には複数本の光ファイバ心線又はテープ状の光ファイバ心線４が収納される。また、スロット２としては、溝２ａが一定の方向に螺旋状に形成されたものであってもよい。そして、光ケーブルの製造過程で光ファイバ心線４が溝２ａ内に収納された後、溝２ａから脱落する（特にＳＺスロットの場合）のを防止するために、粗巻き紐５が直ちにスロット２の外周に巻き付けられる。

粗巻き紐５は、例えば、太さが１２６０デニールのナイロン繊維を束ねた紐状のものが用いられたり、テープ形状のものが用いられる。また、１００心程度の光ケーブルで、スロット外径が９ｍｍ程度の場合、粗巻き紐５は２０ｍｍピッチで２条の紐を巻きつけて（１０ｍｍピッチとなる）形成される。なお、粗巻き紐５は、ナイロン、アラミド繊維などのポリアミド系、ポリエステル系、アクリル系、ポレオレフィン系などの種々の材料を用いることができるが、上巻テープ６を施す前に光ファイバ心線４が溝２ａから脱落しない程度に保持されていればよく、取扱い性がよくて安価なものが用いられる。但し、粗巻き紐５の材料としては、シース７の押出被覆成形時の熱によってシース７と融着する熱可塑性樹脂を用いる。

粗巻き紐５が施されたスロット２の外周には、光ケーブル内への止水のため、またはシース７の成形時に成形材が光ファイバ心線に直接接触しないように熱絶縁のための上巻テープ６が施される。上巻テープ６には、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の繊維からなる種々のものが用いられ、テープ幅としては例えば２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度のものが用いられるが、これに限ったものではない。

上巻テープ６は、螺旋巻き（図１，図２）あるいは縦添えで（図３）で施され、その外側をシース７で被覆して光ケーブル１とされる。これら螺旋巻きや縦添えの場合のいずれであっても上巻テープ６の重ね巻きは行わず、隙間６ａを設けるように巻く。
従って、螺旋巻きで押え巻き層を形成する場合には、図１及び図２に示すようにスロット２に対して横巻きで且つ隙間６ａをもたせた開き巻きが採用される。図１に示す上巻テープ６は、粗巻き紐５と巻き方向を逆方向で（クロスした状態で）、且つわずかに開き巻き状態で巻かれている。図２に示す上巻テープ６は、粗巻き紐５と同方向に巻かれているが、少なくとも隙間６ａから粗巻き紐５の一部５ａが露出するように巻きピッチを最適化する。また、縦添えで押え巻き層を形成する場合は、図３に示すように、重ねしろを含まないようなテープ幅のものが用いられる。すなわち、上巻テープ６を縦添えで施す場合には、スロット２の外周よりも小さい幅の上巻テープを使用することにより、粗巻き紐５の露出部分５ａを設ける。

粗巻き紐５及び上巻テープ６の巻き方について、図１〜図３に例示したが、上巻テープ６は、粗巻き紐５の一部が露出した露出部分５ａを有するように隙間６ａをもたせて施されていればよい。そして、このような押え巻き構成で作られた集合コアの上にシース７を施すと、隙間６ａからその一部が覗いている粗巻き紐５は、押し出しされたシース７の溶融樹脂と直接接触するため、シース７の熱で粗巻き紐５が溶融し、その隙間６ａから覗いている露出部分５ａがシース７の内面と融着する。

上述のごとくの構造によって、スロット直上の粗巻き紐５はシース７を剥いだ時に、シース７と融着している部分で引っ張られ、その結果、粗巻き紐５が露出部分５ａで切断されるため、光ケーブル１の解体作業においてもっとも煩雑な作業である粗巻き紐５の除去を容易に短時間で行うことが可能となっている。

次に、本発明に係る光ケーブルの製造方法及び製造装置の実施の形態について具体的に説明する。光ケーブルの製造工程は、通常、大きく分けて（１）スロット製造工程、（２）集合工程、（３）シース被覆工程、よりなっている。これらの製造工程では、（１）スロットの製造工程において、中心にテンションメンバ３を埋設し、ＳＺ状に一定周期で反転する溝または螺旋状の溝２ａを備えたスロット２を製造し、（２）集合工程において、スロット２の溝２ａに光ファイバ心線４を集合させて収容し、さらに粗巻き紐５と上巻テープ６とを順次巻回して巻き取り、（３）さらにシース被覆工程において、上巻テープ６が巻回されたスロット２（集合コア）の周囲にシース７を被覆して巻き取ることにより、光ケーブル１が製造される。

図４は、光ケーブルのシース被覆工程における製造装置の一例を説明する図である。光ケーブルのシース被覆工程は、まず、上巻テープ６が巻き付けられた状態の集合コア１０をサプライリール１１から繰出す。繰り出された集合コア１０は、加熱装置１２によって所定の条件で加熱され、押出機１３に取り付けられたダイス（成型ダイ）１４に送られる。ダイス１４には、押出機１３から加熱溶融されたシース７用の樹脂材料が供給される。このときに押出機１３の樹脂押出量とライン線速（集合コア１０の移動速度）とを制御することにより、集合コア１０の周囲に所定の厚さのシース７が被覆成形される。ラインの線速は、引き取りキャプスタン１６により制御される。シース７を被覆した光ケーブルは、冷却装置１５で冷却された後、引き取りキャプスタン１６を通り、巻取器１７で巻き取られる。

押出機１３の押出し出口付近（もしくはダイス１４の樹脂流路）には、図示しない樹脂温度センサが設けられていて、集合コア１０に被覆する溶融樹脂の樹脂温度を測定する。樹脂温度の測定結果は、適宜表示装置等により表示させることができる。樹脂温度センサとしては、熱電対のような接触式のようなもの、あるいは放射温度計のような非接触式のものを用いることができる。

押出機１３で溶融混練される樹脂の樹脂温度は、樹脂材料の特性、押出機の制御温度、単位時間当たりの押出量、スクリューの仕様等の設備上の条件、あるいは環境温度等によって変動する。従って、シース被覆工程においては、温度センサによる温度検出結果を監視しながら、押出機１３の押出条件を設定することで、樹脂温度が所定のレベル値となるようにする。この場合、押出機１３の温度設定、あるいはスクリュー回転数の設定、もしくはこの両方により溶融樹脂の樹脂温度を制御する。押出機１３の温度設定を行う場合には、押出機１３のヒータ温度の設定を変更する。また、押出機１３のバレルは空冷または水冷で冷却され、ヒータと連動してバレル温度を設定温度に維持するように制御する。ヒータ温度設定値を上げれば、通常、樹脂温度は上昇する。勿論、押し出し安定性の観点からヒータ温度設定の変更には制限が生じる。

また、上記のような押出機１３のヒータ温度の設定変更は、溶融樹脂の樹脂温度を制御するにはその応答が遅いため、押出機１３のスクリューの回転数による押出量を変化させることで、応答性がよく細かな温度制御を行うことができる。スクリューの回転数を上げれば、樹脂の混練・搬送時の剪断発熱等により樹脂温度が上昇する。この場合、シース７の被覆厚さを一定にするために、押出量の変化に応じてラインの線速を変更する。つまり、引き取りキャプスタン１６の引き取り速度をスクリューの回転数の変換に応じて変化させて、常に一定の厚さで集合コア１０に対してシース７を被覆成形させるようにする。

加熱装置１２は、押出機１３でシース７を被覆成形する前段で、集合コア１０を加熱してその温度が所定の温度となるように制御する。つまり加熱装置１２によって、シース被覆前の集合コアが所定の温度となるように予熱される。加熱装置１２の加熱方式は特に限定されるものではないが、熱風を吹き付けるホットジェットや赤外線ヒータなどの加熱方式を適宜適用することができる。

本発明においては、光ケーブルのシース被覆工程におけるシース７の樹脂温度を制御するとともに、加熱装置１２により集合コア１０の温度を適正に制御することにより、粗巻き紐５とシースとの融着強度を最適化することができ、これにより、光ケーブルの解体性を安定化させることができる。

図５は、光ケーブルのシース被覆工程における製造装置の他の例を説明する図である。図５の製造装置は、図４の製造装置の構成に加えて、ダイス１４に進入する集合コア１０の温度を測定する温度センサ１８を備えている。温度センサ１８の測定結果ｔ１は、加熱装置１２にフィードバックされ、加熱装置１２よって熱源の温度管理を行うようにする。加熱装置は、温度センサ１８により測定された温度をもとに、加熱装置の温度を制御する制御機構を備えている。このようなオンライン制御により、更に安定して集合コア１０の温度制御を行うことができるようになる。その他の構成については、図４と同じである。

図６は、光ケーブルのシース被覆工程における製造装置の更に他の例を説明する図である。図６の製造装置は、図５の製造装置の構成に加えて、押出機１３の制御と引き取りキャプスタン１６の引き取り速度の制御とをオンラインで行う制御装置１９を備えている。押出機１３の樹脂温度を測定する樹脂温度センサの測定結果ｔ２は、制御装置１９に出力される。制御装置１９では、押出機１３の樹脂温度センサによる測定結果を監視しながら、押出機１３の押出条件を設定することで、樹脂温度が所定のレベル値となるようにする。この場合、制御装置１９は、押出機１３のヒータ温度の設定の変更、あるいはスクリュー回転数の設定の変更、もしくはこの両方により溶融樹脂の樹脂温度を制御する。制御方法は、図４で説明した例と同様である。

また、制御装置１０は、スクリューの回転数による押出量を変化させることにより押出量が変化する場合、シース７の被覆厚さを一定にするために、引き取りキャプスタン１６を制御して、押出量の変化に応じてラインの線速を変更する。つまり、引き取りキャプスタン１６の引き取り速度をスクリューの回転数の変換に応じて変化させて、常に一定の厚さで集合コア１０に対してシース７を被覆成形させるようにする。
また、このときに、シースの被覆成形・冷却後の光ケーブル１の外径を計測する外径計測センサ２０を設け、その計測結果を制御装置１９にフィードバックし、成形された光ケーブル１が一定の外径となるように引き取りキャプスタン１６の引き取り速度を制御するようにしてもよい。

次に、集合コア１０に対するシース７の被覆成形工程におけるシース７の樹脂温度と、集合コア１０の温度との制御条件について説明する。
本発明では、シース７の被覆成形工程において、集合コア１０の温度をＴｓ（℃）、被覆成形時のシース７の樹脂温度をＴｃ（℃）、スロット２の比熱をα（Ｊ／ｋｇ・℃）、シース材料の比熱をβ（Ｊ／ｋｇ・℃）、γを定数とするとき、
Ｔｅ ＝ α × Ｔｓ ＋ β × Ｔｃ ＋ γ ・・・（１）
で示される計算式に基づき、Ｔｅが一定の範囲となるように、Ｔｓ、Ｔｃを制御する。以下に具体例を示す。

図７は、集合コアの温度とシースの樹脂温度とを変化させて解体容易性を判定した結果を示す図である。この例は、スロット２の材料としてＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）を使用し、シース７にＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）を使用して、集合コア１０の温度とシース７の樹脂温度とを変化させ、得られた光ケーブル１の解体容易性を判定した。使用したＨＤＰＥの比熱αは２３００（Ｊ／ｋｇ・℃）、ＬＤＰＥの比熱βは１９５５（Ｊ／ｋｇ・℃）である。

また、γはＰＥの融点に基づく定数であり、スロット２の材料の融点をＳｍ、シース７の材料の融点をＱｍ、とするとき、
γ＝α×Ｓｍ＋β×Ｑｍ ・・・（２）
で表される定数である。ここでスロットの材料の融点Ｓｍ及びシースの材料の融点Ｑｍをともに１１０℃とすると、（２）式により、
γ＝２３００×１１０＋１９５５×１１０＝４６８０５０ ・・・（３）
となる。
従って（１）式に上記数値を代入すると、
Ｔｅ＝２３００×Ｔｓ＋１９５５×Ｔｃ＋４６８０５０ ・・・（４）
となる。

図７において、被覆工程における集合コア１０の温度を８〜３０℃の範囲で変化させ、また、シース７の樹脂温度を１８５〜２１５℃の範囲で変化させて集合コア１０に対するシース７の被覆成形を行い、解体容易性の合否の判定を行った。図７は解体容易性の判定結果（○または×）とともに、このときの（４）式に基づくＴｅの値を示している。

解体容易性の判定は、実際の解体手順に従って光ケーブルの解体を行ってその合否を判定した。ここでは、まず光ケーブル１からシース７を除去し、上巻テープ６と粗巻き紐５が巻かれた状態の集合コア１０に対してカッターで切り込みを入れ、上巻テープ６と粗巻き紐５とをスロット２から取り外す。シース７と粗巻き紐５との融着強度が適正であれば、シース７を剥ぎ取るときに、シース７と融着した部分の粗巻き紐５がシースに伴って引っ張られ、粗巻き紐５が切断される。そして集合コアから上巻テープ６を剥ぎ取る場合にも、粗巻き紐５が切断されているので確実に粗巻き紐５を除去することができ、粗巻き紐５と上巻テープ６との除去が容易となる。

これに対して、粗巻き紐５とシース７との融着が不十分であると、シース７の剥ぎ取り時に粗巻き紐５がうまく切断されず、その後の上巻テープ６を取り除く際にも粗巻き紐５の緩み等によりカッターの刃から逃げて切断がうまくいかず、解体が困難になる。また、粗巻き紐５とシースとの融着が強すぎると、シース７の除去がうまくできなくなる。

図７に示すように、Ｔｅが特定の範囲内にあるときに、解体容易性の判定結果が合格（○）となった。その合格の範囲は、Ｔｅ＝１７０００〜６００００にある。
つまり、シース７の被覆工程においては、Ｔｅの値が上記の範囲内になるように集合コア１０の温度及びシース７の温度を調整することにより、良好な解体性を有した光ケーブルを安定的に製造することができる。

１…光ケーブル、２…スロット、２ａ…溝、３…テンションメンバ、４…光ファイバ心線、５…粗巻き紐、５ａ…露出部分、６…上巻テープ、６ａ…隙間、７…シース、１０…集合コア、１１…サプライリール、１２…加熱装置、１３…押出機、１４…ダイス、１５…冷却装置、１６…引き取りキャプスタン、１７…巻取器、１８…温度センサ、１９…制御装置、２０…外径計測センサ。

Claims (4)

1. 溝付きスロットの溝内に光ファイバ心線を収納し、前記スロットの外周に粗巻き紐を巻き、その外周に上巻テープを開き巻きで巻いた集合コアに、シースを押し出し成形で被覆する光ケーブルの製造方法であって、
   前記シースの押し出し時の樹脂温度に基づいて算出される所定の温度で前記集合コアを予熱したのち、前記シースを被覆することを特徴とする光ケーブルの製造方法。
2. 予熱された前記集合コアの温度をＴｓ（℃）、前記シースの押し出し時の樹脂温度をＴｃ（℃）、前記スロットの比熱をα（Ｊ／ｋｇ・℃）、前記シースの比熱をβ（Ｊ／ｋｇ・℃）、γを定数４６０８５０Ｊ／ｋｇとしたときのＴｅ（Ｊ／ｋｇ）＝α×Ｔｓ＋β×Ｔｃ＋γの値が、
   １７０００≦Ｔｅ≦６００００となるように、
   前記集合コアの予熱温度と前記シースの押し出し時の樹脂温度を制御することを特徴とする請求項１記載の光ケーブルの製造方法。
3. 溝付きスロットの溝内に光ファイバ心線を収納し、前記スロットの外周に粗巻き紐を巻き、その外周に上巻テープを開き巻きで巻いた集合コアに、シースを押し出し成形で被覆する光ケーブルの製造装置であって、
   前記シースの押し出し時の樹脂温度に基づいて算出される所定の温度で前記集合コアを予熱する加熱装置と、予熱された前記集合コアに前記シースを被覆する押し出し機を備えたことを特徴とする光ケーブルの製造装置。
4. 前記加熱装置は、前記集合コアの温度を測定する温度センサと、測定した温度をもとに前記加熱装置の温度を制御する制御機構とを備えていることを特徴とする請求項３記載の光ケーブルの製造装置。

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